1998
1954
O L
I M
P IA
D A
C
H E
M I
C
Z N
A
45
Zadania laboratoryjne
ZADANIE 1
Analiza jakościowa kompleksu
W wyniku reakcji pomiędzy wodnymi roztworami: siarczanu (VI) nieznanego metalu i soli
sodowej zawierającej nieznany anion otrzymano żółty krystaliczny kompleks. Próbka tego
kompleksu wchodzi w skład Twojego zestawu laborator
y
jnego. Korzystając wyłącznie z
odczynników znajdujących się na stanowisku zbiorczym:
• wodnego roztworu dw
u
c
hro
m
i
anu(
VI
) potasu o stężeniu 0,2 mol/dm
3
zakwaszonego kwasem
siarkow
ym
(Vl).
•
HNO
3
o stężeniu 2 mol/dm
3
.
•
H
C1 o stę
ż
eniu 2 mol/dm
3
.
• roztworu jodu w jodku potasu o stężeniu 0,05 mol/dm
3
względem jodu.
• wodnego roztworu
NH
3
o stężeniu 2 mol/dm
3
.
• krystalicznego nadsiarczanu amonu -
(NH
4
)
2
S
2
O
8
oraz wody destylowanej, bibuły filtracyjnej, papierka uniwersalnego i palnika przeprowadź
następujące próby jakościowe:
•
Niewielką ilo
ś
ć żółtego
k
ompl
e
k
s
u ogrzej w suchej probówce. Uważnie obserwuj ścianki probówki.
Na podstawie wyników pró
b
z wilgotnym papierkiem uniwersalnym ora
z
skrawkiem bib
u
ły
f
i
ltracyjnej nasyconej zak
w
aszonym ro
z
tworem
dwuchromianu
(VI) ustal jaki gaz wyd
z
iela si
ę
podc
z
as ogrzewania.
•
Niewielką ilo
ś
ć kompleksu dodaj do pro
b
ówki zawierającej roztwór kwasu azotowego a następnie
ostrożnie ogrzej całość do wrzenia.
•
Niewielką ilość kompleksu dodaj do probówki zawierającej roz
t
wór kwasu chlorowodorowego.
•
Nieco analizowanego kompleksu doda
/
porcjami do probówki zawierającej roztwór jodu w jodku
potasu.
•
Niewielką porcję kompleksu dodaj do probówki zawierającej roztwór amoniaku.
•
Przeprowadź ponownie próbę z wodnym roztworem amoniaku dodając pod koniec do probówki
ok.
100 mg krystalicznego nadsiarczanu amonu.
Na podstawie przeprowadzonych prób jakościowych ustal:
Jaki metal wchodzi w skład analizowanego kompleksu
?
Na którym stopniu utlenienia występuje kation metalu w strukturze kompleksu
?
Jakie
ligandy
mogą wchodzić w skład sfery koordynacyjnej kompleksu
?
Jaki anion mógł wchodzić w skład soli sodowej użytej do syntezy kompleksu
?
Opisz zwięźle wyniki kolejnych eksperymentów i w miarę możliwości uzasadnij ka
ż
dy z
wniosków równaniami reakcji stosując zapis jonowy
ZADANIE 2
2
Miareczkowanie manganometryczne i jodometryczne
Zadanie składa się z dwóch części:
1. W pierwszej części należy wyznaczyć stężenie roztworu tiosiarczanu sodu, znajdującego się w
zestawie laboratoryjnym. Stężenie roztworu tiosiarczanu określa się na podstawie miareczkowania
jodu wydzielonego w reakcji między jonami jodkowymi i jonami dichromianowymi.
2. W drugiej części zadania, należy wyznaczyć ilość nadtlenku wodoru, znajdującego się również w
zestawie laboratoryjnym. Ilość nadtlenku wodoru określa się na podstawie miareczkowania jodu
wydzielonego w reakcji między jonami jodkowymi i nadtlenkiem wodoru. Sposób postępowania.
1. Wyznaczanie stężenia roztworu tiosiarczanu sodu.
Do kolby stożkowej (ze szlifowanym korkiem) o pojemności 250 cm
3
wlać 75 cm
3
wody, dodać 2
gstałego jodku potasowego, 25 cm
3
roztworu HyS04 o stęż. 0,5 mol/dm
3
i 5 cm
3
roztworu
dichromianu
potasu o stęż. O, l mol/dm
3
. Zamknąć kolbę korkiem, roztwór zamieszać i odstawić w ciemne miejsce
(do szafki lub szuflady w siole laboratoryjnym) na około 5 min.
Biureta jest wypełniona wodą destylowaną. Wodę należy wylać i przepłukać biuretę roztworem
tiosiarczanu.
Otworzyć kolbę, w której wydzielił się jod, spłukać korek wodą destylowaną i odmiareczkować
wydzielony jod roztworem tiosiarczanu. Gdy brunatna barwa jodu zniknie niemal całkowicie, dodać
około ] cm roztworu skrobi.
Zabarwienie roztworu zmienia się pod koniec miareczkowania z ciemnogranatowego na
jasnozielone.
Pierwszą analizę można potraktować jako testową, po czym należy wykonać dwa oznaczenia.
Pokażdym miareczkowaniu, wylać roztwory do zlewu, spłukać zlew wodą, naczynia przemyć wodą
wodocią
g
ową
,
a następnie wodą destylowaną.
2. Wyznaczenie ilości nadt
l
enku wodoru w próbce.
Próbkę nadtlenku wodoru znajdującą się w kolbie o pojemności 100 cm, dopełnić wodą
destylowaną do kreski, zamknąć kolbę korkiem i dokładnie wymieszać. Z kolby pobrać pipetą 20 cm
3
roztworu nadtlenku wodoru i przenieść do kolby stożkowej (ze szlifowanym korkiem) o pojemności
250 cm
3
. Za pomocą cylindra miarowego dodać 80 cm
3
wody destylowanej, 10 cm
3
H^S04 (l
+
4), 2 g
stałego jodku potasu, zamknąć kolbę korkiem i odstawić na 10 min w ciemne miejsce. Następnie
odmiareczkować wydzielony jod za pomocą roztworu tiosiarczanu, którego stężenie zostało
poprzednio wyznaczone, dodając pod koniec miareczkowania l cm' roztworu skrobi.
Wykonać dwa oznaczenia. Po wykonaniu oznaczenia, wylać roztwory do zlewu i spłukać wodą. Po
wykonaniu zadania umyć naczynia szklane i wytrzeć ręcznikami papierowymi.
Opis wykonania zadania powinien zawierać następujące elementy:
1. Równanie reakcji między jonami dichromianowymi i jonami jodkowymi.
2. Równanie reakcji między jodem a jonami tiosiarczanowymi.
3. Równanie reakcji między nadtlenkiem wodoru i jonami jodkowymi.
4. Wyznaczone stężenie roztworu tiosiarczanu sodu.
5. Wyznaczone stężenie roztworu nadtlenku wodoru i ilość nadtlenku wodoru (w gramach) w próbce.
Stężenia roztworów i masę nadtlenku wodoru należy podać z dokładnością do trzech miejsc
znaczących.
Za poprawne wykonanie każdego z poleceń 1-3 można otrzymać po l punkcie. Za poprawne
wykonanie każdego z poleceń 4-5 można otrzymać po 5 punktów
Na każdym stanowisku pracy znajduje się następujące wyposażenie:
3
Sprzęt: Odczynniki:
2 kolby (ze szlifowanym korkiem) kolba z roztworem tiosiarczanu sodu o nieznanym stężeniu
o pojemności 250 cm
3
kolba miarowa o pojemności 100 cm
3
z próbką nadtlenku
wodoru
cylinder o pojemności 100 cm
3
dichromian potasu (roztwór o stężeniu O, l mol/dm
3
)
pipeta o pojemności 20 cm
3
kwas siarkowy (roztwór o stężeniu 0,5 mol/dm
3
)
pipeta o pojemności 5 cm
3
kwas siarkowy (roztwór ]+4)
pipeta o pojemności l cm
3
pięć próbek jodku potasu, każda o masie 2 g
biureta o pojemności 50 cm
3
skrobia (roztwór) tryskawka z wodą destylowaną
PUNKTACJA:
Zadanie 1 - 9 pkt, zadanie 2 - 13 pkt,
Łącznie: 22 pkt
CZAS TRWANIA ZAWODÓW:
240 minut
ROZWIĄZANIA ZADAŃ LABORATORYJNYCH
1998
1954
O L
I M
P IA
D A
C
H E
M I
C
Z N
A
45
ROZWIĄZANIE ZADANIA 1
Analizę jakościową związków chemicznych wchodzących w skład zestawu olimpijskiego rozpoczynamy od
przeprowadzenia reakcji z wodnym roztworem wodorotlenku sodu o stężeniu 2 mol/dm
3
. W przypadku stałych
związków chemicznych, reakcje z roztworem wodorotlenku sodu należy przeprowadzić z niewielką ilością stężonego
roztworu każdej z otrzymanych do identyfikacji substancji stałych w wodzie destylowanej. Przebieg reakcji chemicznych
otrzymanych do identyfikacji związków z roztworem wodorotlenku sodu prowadzi do następujących wyników:
• jeden raz w probówce z próbką analizowanego związku chemicznego pojawia się biały osad wodorotlenku cynku
rozpuszczalnego w nadmiarze wodorotlenku sodu - jednoznaczna identyfikacja chlorku cynku. W trakcie wykonywania
analizy należy pamiętać o rozcieńczeniu niewielkiej ilości nasyconego wodnego roztworu chlorku cynku i bardzo
powolnym dodawaniu roztworu wodorotlenku sodu. Nieostrożne przeprowadzenie analizy może spowodować
niezauważenie powstającego białego osadu wodorotlenku cynku.
• dwa razy po podgrzaniu probówki z próbką analizowanego związku chemicznego wywiązuje się gazowy amoniak.
Wywiązywanie się gazowego amoniaku potwierdza jego charakterystyczny zapach oraz zmiana barwy wilgotnego
papierka uniwersalnego - możliwe: siarczan(VI) diamonu i węglan diamonu.
• trzy razy po dodaniu roztworu wodorotlenku sodu pojawia się lekkie zmętnienie i wyraźne rozwarstwienie próbek
analizowanych związków chemicznych - możliwe ftalan dimetylu, n - propanol i tert - butanol. Probówki, w których
wystąpiło wyraźne rozwarstwienie próbek ogrzewamy. W przypadku ftalanu dimetylu obserwujemy powolny zanik
warstwy estru. Po ochłodzeniu ogrzewanych probówek ich zawartość pozostawiamy do dalszych analiz.
• w pozostałych przypadkach nie obserwujemy przebiegu reakcji chemicznych - możliwe: tiosiarczan disodu,
siarczan(IV) disodu, sacharoza i glukoza.
Następny etap analizy jakościowej to przeprowadzenie reakcji związków chemicznych wchodzących w skład zestawu z
wodnym roztworem kwasu chlorowodorowego o stężeniu 2 mol/dm
3
. Przebieg reakcji chemicznych użytych do
identyfikacji związków z roztworem kwasu chlorowodorowego prowadzi do następujących wyników:
W grupie związków chemicznych wywiązujących gazowy amoniak w reakcji z roztworem wodorotlenku sodu:
• jeden raz obserwujemy wywiązywanie się gazowego ditlenku węgla - jednoznaczna identyfikacja węglanu
diamonu.
• jeden raz nie obserwujemy przebiegu reakcji chemicznej - jednoznaczna identyfikacja siarczanu(VI) diamonu.
4
W grupie związków chemicznych wykazujących zmętnienie i rozwarstwienie próbek w reakcji z roztworem
wodorotlenku sodu:
• trzy razy po dodaniu roztworu kwasu chlorowodorowego pojawia się lekkie zmętnienie próbek analizowanych
związków chemicznych i w przypadku ftalanu dimetylu wyraźne rozwarstwienie analizowanej próbki - możliwe: ftalan
dimetylu, n - propanol i tert - butanol.
W grupie związków chemicznych nie reagujących z roztworem wodorotlenku sodu:
• dwa razy po dodaniu roztworu kwasu chlorowodorowego wywiązuje się gazowy tlenek siarki(IV) o
charakterystycznym, ostrym zapachu - możliwe: tiosiarczan disodu i siarczan(IV) disodu.
• jeden raz dodanie roztworu kwasu chlorowodorowego, oprócz wywiązywania się gazowego tlenku siarki(IV),
powoduje wypadanie szarego osadu siarki - jednoznaczna identyfikacja tiosiarczanu disodu.
• jeden raz dodanie roztworu kwasu chlorowodorowego oprócz wywiązywania się gazowego ditlenku siarki(IV), nie
powoduje wypadania żadnego osadu - jednoznaczna identyfikacja siarczanu(IV) disodu.
Następny etap analizy jakościowej to przeprowadzenie reakcji ze stężonym kwasem chlorowodorowym. Dodanie
stężonego kwasu chlorowodorowego do próbek poddanych wcześniej reakcji z gorącym roztworem wodorotlenku
prowadzi do następujących wyników:
• jeden raz obserwujemy wypadanie białego drobnokrystalicznego osadu. Osad ten stanowi kwas ftalowy. Wynik
analizy pozwala na jednoznaczną identyfikację ftalanu dimetylu.
Następny etap analizy jakościowej to identyfikacja alkoholi wchodzących w skład zestawu olimpijskiego. W celu
jednoznacznego określenia ich rzędowości należy przeprowadzić reakcję z odczynnikiem Lucasa przygotowanym przez
zmieszanie stężonego kwasu chlorowodorowego z nasyconym wodnym roztworem chlorku cynku. Przebieg reakcji
chemicznych otrzymanych do identyfikacji związków z odczynnikiem Lucasa prowadzi do następujących wyników:
• jeden raz obserwujemy natychmiastowe zmętnienie próbki alkoholu - jednoznaczna identyfikacja tert - butanolu,
będącego alkoholem trzeciorzędowym.
• jeden raz nie obserwujemy zmętnienia próbki alkoholu - jednoznaczna identyfikacja n - propanolu, będącego
alkoholem pierwszorzędowym.
Ostatni etap analizy jakościowej to identyfikacja cukrów wchodzących w skład zestawu olimpijskiego. W celu ich
rozróżnienia przeprowadzamy próbę z wodorotlenkiem miedzi(II) otrzymanym w wyniku zmieszania wodnych
roztworów siarczanu(VI) miedzi(II) i wodorotlenku sodu:
• jeden raz obserwujemy wypadanie drobnokrystalicznego osadu tlenku miedzi(I) barwy pomarańczowoczerwonej.
Wynik przeprowadzonej analizy umożliwia jednoznaczną identyfikację glukozy.
• jeden raz obserwujemy wypadanie drobnokrystalicznego osadu tlenku miedzi(II) barwy czarnej. Wynik
przeprowadzonej analizy umożliwia jednoznaczną identyfikację sacharozy. Wypadanie drobnokrystalicznego osadu
tlenku miedzi(I) barwy pomarańczowoczerwonej zaobserwujemy, gdy reakcję z wodorotlenkiem miedzi(II)
przeprowadzimy używając roztworu sacharozy inwertowanej stężonym kwasem solnym. Reakcję inwertowania
przeprowadzamy ogrzewając 5 minut probówkę zawierającą próbkę roztworu sacharozy zakwaszoną niewielką ilością
stężonego kwasu solnego.
Punktacja:
• Identyfikacja zawartości probówek oznaczonych numerami od 1 do 10: po 0,5 pkt.
5 pkt
• Opis toku analizy i równania reakcji w zapisie jonowym: po 1,5 pkt
15 pkt
RAZEM
20 pkt
ROZWIĄZANIE ZADANIA 2.
Zawodnicy otrzymali w indywidualnych zestawach roztwór soli Mohra o stężeniu około 0.2 mol/dm
3
oraz roztwór
nadtlenodisiarczanu disodu o stężeniu około 0.1 mol/dm
3
.
Przykładowe wyznaczanie stężenia roztworu soli Mohra.
Ilość roztworu manganianu(VII) potasu zużyta na zmiareczkowanie próbki soli Mohra:
I pomiar 40,1 cm
3
5
II pomiar 39,9 cm
3
Średnio 40,0 cm
3
Z równania reakcji:
MnO
4
-
+
8 H
+
+
5 Fe
2+
→ Mn
2+
+
5 Fe
3+
+
4 H
2
O
wnioskujemy, że 0.8 milimola jonów MnO
4
-
(ilość jonów MnO
4
-
zawarta w średniej objętości 40 cm
3
mianowanego
roztworu manganianu(VII) potasu o stężeniu 0.02 mol/dm
3
) odpowiada 4 milimolom jonów Fe
2+
. Zatem stężenie
badanego roztworu soli Mohra wynosi:
4 mmol : 20 cm
3
= 0.2 mol/dm
3
Przykładowe wyznaczenie ilości nadtlenodisiarczanu disodu w analizowanej próbce.
Ilości roztworu manganianu(VII) potasu zużyte na odmiareczkowanie nadmiaru jonów Fe
2+
:
I pomiar 20,0 cm
3
II pomiar 20,0 cm
3
Średnio 20,0 cm
3
Z równań reakcji:
MnO
4
-
+
8 H
+
+
5 Fe
2+
→ Mn
2+
+
5 Fe
3+
+
4 H
2
O
S
2
O
8
2-
+
2 Fe
2+
→ 2 SO
4
2-
+
2 Fe
3+
wnioskujemy, że 0.4 milimola jonów MnO
4
-
(ilość jonów MnO
4
-
zawarta w średniej objętości 20 cm
3
mianowanego
roztworu manganianu(VII) potasu o stężeniu 0.02 mol/dm
3
) odpowiada 2 milimolom jonów Fe
2+
. Taka ilość jonów
żelaza(II) odpowiada dokładnie jednemu milimolowi jonów S
2
O
8
2-
. Zatem stężenie jonów S
2
O
8
2-
w analizowanej próbce
roztworu nadtlenodisiarczanu disodu o objętości 10,0 cm
3
wynosi:
1 milimol : 10 cm
3
= 0,1 mol/dm
3
Punktacja:
• Za prawidłowe wyniki miareczkowania: 2 razy po 5 pkt. 10
pkt
• Za poprawne obliczenia: 2 razy po 2 pkt
4 pkt
• Za poprawne równania reakcji: 2 razy po 2 pkt
4 pkt
• Za opis zasady oznaczania nadtlenodisiarczanu:
1 pkt
• Za prawidłowe wyjaśnienie konieczności zakwaszenia próbki roztworu soli Mohra
1 pkt
RAZEM
20 pkt